吉林省如春环境试验箱有限公司
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调节阀压力试验说明

1 前言

调节阀是石油化工行业中应用最多的仪表之一,它安装在工艺管道上。调节阀响应外部输入信号,并与其成比例的方式,使阀杆移动至对应位置,通过改变阀芯与阀座之间的间隙,达到控制流量的目的,从而控制系统的压力、温度和液位等。

根据中华人民共和国国家标准《自动化仪表工程施工及验收规范)GB50093-2002“仪表试验”中11.1.1规定“仪表在安装和使用前,应进行检查、校准和试验,确认符合设计文件要求以及产品技术文件所规定的技术性能”和11.1.8条“仪表校准和试验的条件、项目、方法应符合产品技术文件的规定和设计文件要求”。

调节阀性能的好坏直接关系到装置试车和生产能否正常进行,对调节阀的检验是检查其性能指标的重要手段。有时因为参数模糊或标准不一,造成检定结论不同。检验的程序和手段以及内容应该符合有关规范的规定,对规范中没有规定的项目也应视不同的阀门类型而扩展。

2 国内外规范标准对检查项目的比较

随着引进装置和技术的加快,国内常用的一些技术参数与国外参数有时容易造成混乱。在规范中,对调节阀的检验规定了检查项目,包括阀体压力试验、阀座密封试验、膜头(气缸)泄漏、行程和全行程时间等项目。

2.1 阀体压力试验

阀体压力试验是检验阀体耐压,包括铸体本身是否有砂眼、机械连接部位是否严密以及有无变形等。试验是由专门的部门、用专用的设备进行的,试验用的介质是洁净水,在阀门全开的前提下升压至公称压力的1.5倍,在规定时间内无可见的泄漏为合格。

2.2 阀座密封试验

阀座密封试验是为了检查阀座和阀芯之间的严密性。调节阀的结构形式决定了其阀芯与阀座的密封等级。密封检查是在调节阀完全关闭的情况下检查阀座的泄漏量,即在规定的实验条件下试验流体通过一个装配好的处于关闭状态下的阀门,测量泄露的数量;使用的介质根据试验的程序选定,一般使用洁净水,切断阀使用空气。

表1 国内外常用阀门强度试验压力一览表

要清楚调节阀的泄漏计算方法,必须要明确流量系数,在国内和国外的定义和表示方法的不同以及它们之间的关系。

C — 温度5~40℃的水,在1kg/cm2压降下,1h内流过调节阀的m3。

Kv— 温度5~40℃的水,在105Pa压降下,1h内流过调节阀的m3。

Cv— 温度60℉(15.61℃)的水,在1 lb/in2 (7kPa)压降下,每min流过调节阀的美加仑数。

Cv=1.17C

Kv=1.01C

另外,Fisher公司使用Cg和Cs分别表示气体和蒸汽的流量系数。

表2 调节阀的泄漏贵分级比较

泄漏量等级

实验介质

实验程序

最大阀座汇漏量(L/h)

SH3521

-1999

ANSI

B16.104

SH3521

-1999

ANSI

B16.104

SH352

1-1999

ANSI

B16.104

SH352

1-1999

ANSI

B16.104

水或气体

水或空气

A

A

0.5%C

0.5%Cv

水或气体

水或空气

B

A

0.1%C

0.1%Cv

水或气体

水或空气

A

A

0.01%C

0.0%Cv1

B

B

1.8×10-7×D×ΔP

(D为阀座直径,mm,ΔP为前后太差,kPa)

5×1012

m3/min

气体

空气或氮气

A

C

见下表

见下表

其中C和Cv是按照“额定容量”计算的,与前面讲的流量系数和流通能力不同,指调节阀全开清况下,对应所加的前后压差时的流量,这个流量与前后差压不成正比。

简化后的调节阀泄漏量计算公式如下

(1)试验介质为常温水时

Q=Cv×(△p)1/2×1.4245×允许泄漏率

(2)试验介质为空气时

当△P≥P1/2时,

Q=Cv×P1×2.424456×允许泄漏率

当△P

Q=Cv×△P(P1+P2)1/2×2.79445×允许泄漏率

(3)试验介质为氮气时

当△P≥P1/2时,

Q=Cv×P1×2.446166×允许泄漏率

当△P< P1/2时,

Q=Cv×△P(P1+P2)1/2×2.83734×允许泄漏率

式中 Q  — 泄漏量,L/min;

P1— 阀前绝对压力,kPa;

△P— 阀前后压差,kPa;

P2— 阀后绝对压力,kPa。

表3  VI级泄漏量对照表

SH3521-1999

ANSI B16.104

规格DN

(mm)

泄漏量

(ml/min)

泄漏量

(气泡数/min)

规格DN

(inch)

泄漏量

(ml/min)

泄漏量

(气泡数/min)

25

0.15

1

1

0.15

1

40

0.3

2

1 1/2

0.3

2

50

0.45

3

2

0.45

3

65

0.60

4

2 1/2

0.60

4

80

0.90

6

3

0.90

6

100

1.7

11

4

1.7

11

150

4.00

27

6

4.00

27

200

6.75

45

8

6.75

45

气体泄漏试验需要采取排水取气法,在VI级泄漏量试验中,用一根6mm(国外用1/4英寸,相当6.3mm)外径×1mm(国外为0.032英寸,相当0. 8mm)壁厚的管子沉没于水中,沉没深度处于5~10mm(国外为1/8~1/4英寸,相当3~6mm)的范围内,管子轴线应垂直于水表面。

表4  A、B、C三种程序比较

程序名称

使用介质

实验压力

执行机构信号压力

A

空气或水

0.35MPa与阀允许压差二者较小值

气开阀为零,气关阀为信号上限值加上20kPa

B

最大工作压差

设计规定值

C

空气或氮气

0.35MPa与阀允许压差二者

设计规定值

1Cv=1.17C=3.785L/min

表5 允许泄漏量

程序名称

使用介质

实验压力

执行机构信号压力

A

空气或水

0.35MPa与阀允许压差二者较小值

气开阀为零,气关阀为信号上限值加上20kPa

B

最大工作压差

设计规定值

C

空气或氮气

0.35MPa与阀允许压差二者

设计规定值

在实际操作中,直接将Cv数值带人就可以计算出调节阀的泄漏量(用mL/min表示)。使用水作试验时,应仔细消除阀体和管路内的气穴。同时,需要先在阀体内充满水,加到要求的压力后等泄漏量稳定时再进行测量。

2.3 膜头气密试验

膜头气密试验差异较大,在过去的国家规范中,膜头气密的压力是气源压力,后更改为气动信号上限加上20kPa,而现在在石化行业标准中则降低到0.1MPa的仪表空气,下面是现执行的SH3521-1999与国外标准的比较:

表6 现执行的SH3521-1999与国外标准的比较

标准

实验介质

实验压力

检查时间

合格标准

SH3521-1999

空气

0.1MPa

3min

压力不下降

国外标准

空气

气源压力的1.5倍

3min

压力不下降

2.4 其它指标

包括全行程时间、行程试验方法与项目基本相同。

3 规范项目操作中的体会

3.1 膜头密封试验

膜头气密试验是检查与信号管路终端连接的气室的密封性,造成密封性差的原因主要包括橡胶膜片有裂纹穿孔、与阀杆连接用于固定膜片的螺母未拧紧造成渗漏、上下膜头盖压接膜片处螺栓未拧紧的泄漏以及反作用调节阀中阀杆与下膜头气室的密封环处漏气等原因。

如果是进口调节阀,而且带有阀门定位器,那么鉴于国外调节阀气密试验压力较国内要求高,为了不破坏原有管路的密封,可以不拆卸管路,进行定量的膜头密封试验。如果定位器有切换开关,可以通过切换开关向膜头通入气源压力;如果没有切换开关的话,则向定位器输人量程点信号,使定位器输出信号压力的最大值。用肥皂水检查调节阀各处连接的密封点—膜头周边和通大气部分;对于反作用调节阀同时检查密封环与推杆连接处的密封。

对于采用Siemens公司的SIPART PS智能节能型定位器,本身、管路及膜头的密封性检查也可以采取另外一种方法,就是输入一个信号(如75%),使调节阀处于某一个点处停留3min,检查输出是否变化,即瞬间震动,然后重新平衡。如果管路或膜头漏气,由于采用不耗气型放大器,那么泄漏的压力不会及时得到补充;要到因泄漏造成的压力下降到引起阀杆出现变化,放大器的平衡机构检测到这个变化而采取补气过程,此时需要经过2- 3个上下周期才能达到重新的平衡。为了使可能存在的这种现象更加明显,应该将输人信号放在靠近满量程处,即70%以上。这样因为管路和膜头压力大,如果有泄漏则现象明显,这对于小膜头调节阀尤其重要。

3.2 带有行程显示的智能阀门定位器灵敏度测试

灵敏度是调节阀的又一个性能指标,按照规范要求,灵敏度用百分表测定,使调节阀薄膜气室处于分别为对应12.5%,50%和87.5%位置的信号压力上,增加或降低信号压力,测定使阀杆开始移动的压力变化值,且不得超过信号范围的1.5%,有阀们定位器的调节阀压力变化值不得超过0.3%。

对于带有行程显示的智能阀门定位器灵敏度测试可以不使用百分表等标准仪器,而改用定位器的行程指示,由于行程显示是通过将阀杆的机械位移变化量转换电阻值的变化,这种变化被采集到定位器的微处理器中,按照预先设置的量程值进行运算处理,将其在显示器上显示出来,灵敏度较高,指示能精确到0.1%,完全能够满足灵敏度测试的要求。

3.3 全行程时间的测试

国家规范中要求,事故切断阀必须进行全行程时间试验,对于试验的方法也有明确的规定。规定中对调节阀的测试是通过操作电磁阀来测试行程时间的,对切断阀和调节阀没有详细区分。

切断阀的测试应该使用设计选型确定的电磁阀本身,因为不同的电磁阀充排气速度不同,测试切断阀行程时间是整体效果,而不是单纯的阀门本体。动作时间的计算可以明确为调节阀输人信号从零点到满量程(或反之)脉冲变化的瞬间计时到阀位稳定在要求的位置所经历的时间。

4 检查试验项目的扩展

调节阀类型不同,在实际工作中检查的内容也应该适当的增加,有些也可以适当进行修改,以达到合理的目的。

4.1 定位器抗冲击的稳定性

调节阀是通过调节流量从而达到调节其它参数的目的的,有些场合要求调节阀对外界干扰抵抗能力强,电磁干扰可以通过单端接地等措施消除。但现场检查和操作时,有可能对调节阀的阀体或信号管路以及定位器等产生冲击,从而造成处于平衡状态的调节阀短时间失去平衡,出现波动,对正在进行的控制造成影响,所以应对此进行检查,检查的方法如下:

在试验过程中,将调节阀处于某一开度(不能在0%和100%位置,否则现象不明显),用手轻拍定位器和信号管路的任意位置,模仿可能出现的震动环境,定位器输出应该未受影响,阀杆不产生上下移动,否则应加固。对于定位器与定位器连成一体而本身未加固定的调节阀,方法是将定位器的过滤器减压阀安装在膜头上,连接管路到定位器,使定位器与调节阀合一,既增加了支点,又加强了定位器后面的容器容积,对因过滤器减压阀容量小造成的震动有益。

判定标准是,对于出现补气现象或振动冲击造成的调节阀阀位变化不得超过±1%。

4.2 贯穿试验的全过程

(1)试验前要充分清洗调节阀阀腔内部,防止杂物残留,否则会引起阀芯与阀座之间关闭不严,出现泄漏量超标,甚至影响阀芯导向部位动作不良。

(2)空气配管接口及电气配线接口的塞子和盖等,在性能试验中可以拆下,必须及时恢复直到配管工程和配线工程开始时打开。临时接头连接处为了防止漏气而使用的密封材料,在拆卸时要清除干净,防止进人气管路而堵塞放大器。调试过程完成后,必须拧紧定位器、附件以及配线端子箱上的盖子盖紧,防止因雨水或周围液体的侵人而导致漏电、附件故障,引起触电事故,达到防水和隔爆目的。

(3)调节阀在调试过程中,强度和泄漏试验完成后,必须用压缩空气或者氮气吹扫干净,使内部不含有水滴,调校完成后必须将连接法兰口密封好,防止进人水和油等杂质。

(4)手轮应在没有气源情况下操作,操作结束后手轮必须回到规定位置,否则自动控制时达不到规定的行程。超过规定位置,用力过大时有可能损坏手动机构。

5 常见故障、异常的判别方法及措施

在调节阀检查试验过程中,可能出现一些问题,如装配问题、泄漏问题等,除了要检查试验程序是否正确外,有时需要从调节阀本体进行解决。

比如振荡是调节阀调试中经常出现的一种现象,造成振荡的原因有多种,一般可以通过调整加以解决。对于由于定位器放大倍数大而调节阀本身膜头气室小而产生的振荡,除了从定位器解决外,也可以从管路上解决,如增加管路的容量。常用的解决方法是在确保行程时间达到设计要求的前提下,增加一个阻尼器,也就是一个接头,改变阻尼器的内径可以改变信号流量,达到减缓膜头内压力的变化速度,从而改变调节过程中振荡的固有频率,达到防止振荡的目的。

调节阀检查试验中常见的问题和对策见表7;

表7 调节阀检查实验中常见的问题和对策表

故障状态

原因

措施

没有动作

(动作迟缓)

供气压力低

供规定的压力

空气配管者塞或泄漏

清扫、加固连接部分、再配管

膜片紧固部分空气泄漏

加固、拆卸、整修

推杆部分空气泄漏

拆卸、更换O型圈

电磁阀、液控单向阀等

直接给执行机构施加规定气压,无异常则对定位器再作高速或对附件进行 检查、更换

本部件或执行机构有异常

拆下支架连接件,检查执行机构动作,若有异常,选行拆卸、维修

动作不稳定

(振荡)

操作手柄在手动操作位置上

放置在要求位置

因控制流体引起负载变动

(执行机构输出力不足)

加大执行机构

定位器信号变动

对定位器设定进行调整、信号系统检查

供气压力变动

确认或更换供气配管直径

减压阀故障

修理、更换

阀座泄漏

执行机构输出力不足,阀座受损

进行不平衡点检查、调试,对本部体拆卸、维修

填料、垫圈处泄漏

紧固螺丝松动、阀杆受损、

填料老化、硬化

拧紧螺母、更换填料、对阀杆表面修整或更换

国内部门

国外部门

公称压力(MPa)

实验压力(MPa)

实验时间(min)

公称压力(MPa)

实验压力(MPa)

实验时间(min)

PG1.6

2.5

3

150

2

10

PG4.0

6.0

3

300

5

10

PG6.4

10

3

600

10

10

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